[論文レビュー] A universal correlation between warm and hot gas in the stripped tails of cluster galaxies

Ming Sun, Chong Ge+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2021

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、銀河団内の剥がれた尾におけるX線とHαの表面輝度の間で普遍的な線形相関が明らかになった。勾配は3.48 ± 0.25であり、剥がれた星間物質と高温の銀河団内物質との間で効率的な混合が起こっていることを示している。この相関は17個の銀河にまたがる42の領域で観測され、多相性ガスにおけるエネルギー移動と乱流の強力な証拠を提供し、銀河団環境における多相性星間物質ダイナミクスのモデルに重要な制約を与える。

ABSTRACT

The impact of ram pressure stripping on galaxy evolution is well known. Recent multi-wavelength data have revealed many examples of galaxies undergoing stripping, often accompanied with multi-phase tails. As energy transfer in the multi-phase medium is an outstanding question in astrophysics, galaxies in stripping are great objects to study. Despite the recent burst of observational evidence, the relationship between gas in different phases in the tails is poorly known. Here we report a strong linear correlation between the X-ray surface brightness and the H$\alpha$ surface brightness of the diffuse gas in the stripped tails at $\sim$ 10 - 40 kpc scales, with a slope of $\sim$ 3.5. This discovery provides evidence for the mixing of the stripped interstellar medium with the hot intracluster medium as the origin of the multi-phase tails. The established relation in stripped tails, also in comparison with the likely related correlations in similar environments like galactic winds and X-ray cool cores, provides an important test for models of energy transfer in the multi-phase gas. It also indicates the importance of the H$\alpha$ data to study clumping and turbulence in the intracluster medium.

研究の動機と目的

• 銀河団内の圧力剥離尾における温かい（Hα）と高温の（X線）ガス相の関係を調査すること。
• 複数の銀河および環境にわたるX線とHα表面輝度の間には体系的な相関が存在するかを特定すること。
• 多相性尾の物理的起源、特に剥がれた星間物質と高温の銀河団内物質との混合の役割を評価すること。
• この相関が多相性媒体におけるエネルギー移動、乱流、およびガス塊のモデルに与える意味を評価すること。
• 観測された相関を銀河風およびX線冷却コアにおける類似関係と比較し、普遍的または環境依存的な挙動を特定すること。

提案手法

• ChandraまたはXMM-Newtonからの深さのあるX線データと、MUSE IFSまたは幅帯フィルター画像からの深さのあるHαデータを併用した、圧力剥離（RPS）銀河の最大のサンプルを構築した。
• D25（Bバンドで25 mag/arcsec²の等光度線）を超える42の尾領域を定義した。各領域のサイズは6.3 kpc²から2.1×10³ kpc²の範囲であり、点源およびH II領域を除いた。
• 各領域でX線表面輝度（SB）とHα表面輝度を測定した。8領域ではX線発光が検出されなかったため、5-σの上昇限界値を用いた。
• X線対Hα表面輝度データに線形関係をフィットし、内在的散乱が約10％の低さで、SBX/SBHα = 3.48 ± 0.25の勾配を得た。
• 銀河からの投影距離および銀河団中心からの距離に伴うX線/Hα比の空間的変動を、補足データおよびスペクトルモデリングを用いて検討した。
• 圧力平衡の仮定と再結合理論を用いて、温かいイオン化ガスの体積率を推定し、標準的な仮定のもとでfHα ~ 2.5×10⁻⁵を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河団内の剥がれた尾において、X線とHαの表面輝度の間には普遍的な相関が存在するか？
• RQ2 観測されたX線/Hα表面輝度比の背後にある物理的プロセスは何か？ これは、剥がれたISMと高温ICMとの混合を反映しているか？
• RQ3 X線/Hα比は銀河または銀河団中心からの距離とともにどのように変化するか？ また、質量や圧力といった銀河団の性質に依存するか？
• RQ4 観測された相関は銀河風およびX線冷却コアにおけるそれらとどのように比較できるか？ これにより、多相性媒体におけるエネルギー移動機構にどのような示唆が得られるか？
• RQ5 温かいイオン化ガスの体積率が非常に小さい（~2.5×10⁻⁵）という導出結果は、剥がれた尾における乱流、塊の形成、ガス蒸発のモデルにどのような意味を持つのか？

主な発見

• 剥がれた尾においてX線とHα表面輝度の間で強い線形相関が確認され、勾配は3.48 ± 0.25、内在的散乱は約10％の低さであった。
• この相関は17個のRPS銀河にまたがる42の領域で成立しており、X線尾が検出された12個の銀河を含む。300–440 kpc²程度の領域に限定しても、この相関は頑健に成立する。
• X線/Hα表面輝度比はクラスタ間で一貫しており（例えば、バーヴォで3.1±1.0、コマで4.4±0.7）、ただしデータが限られているためクラスタ間のばらつきはまだ不明確である。
• 圧力平衡の仮定のもとで導かれた温かいイオン化ガスの体積率は約2.5×10⁻⁵であり、一部の先行モデルと比較して2桁小さい値であった。
• 1つの良好に制約された尾では、投影距離が60 kpcを超える領域でHα/X線比が増加しており、大半の領域で温かいガスが枯渇している可能性を示唆しているが、他の銀河では結論が出ていない。
• 剥がれた尾における観測されたX線/Hα比（約3.5）は銀河風（1.2–5.6）と類似しているが、X線冷却コア（例：ペルセウスで0.18）の約20倍も大きい。これは、多相性ガス挙動における環境差を強調している。